Akustische Erfassung des Blutstromes

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Akustische Erfassung des menschlichen
Blutstromes
Wettbewerb ″Jugend Forscht″ 2010
Julia Ingwersen (17 Jahre)
Arbeitsgemeinschaft ″Jugend Forscht″
des Christian-Gymnasiums Hermannsburg
Leitung: StD Thomas Biedermann
Akustische Erfassung des menschlichen Blutstroms
Julia Ingwersen
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Inhaltsverzeichnis
1. Einleitung ............................................................................................................................... 3
2. Vorüberlegungen.................................................................................................................... 3
2.1 Blutstrom.......................................................................................................................... 3
2.2 Großer Kreislauf............................................................................................................... 4
2.3 Aufbau einer Vene ........................................................................................................... 5
2.4 Gefäßwiderstand............................................................................................................... 6
2.5 Autoregulation.................................................................................................................. 8
2.6 Nervöse Kontrolle der Gefäße.......................................................................................... 8
3. Beobachtungen ....................................................................................................................... 9
3.1 Akustische Erfassung von Körpergeräuschen.................................................................. 9
3.2 Akustische Erfassung des Blutstroms ............................................................................ 10
3.4 Akustische Erfassung der Herztöne ............................................................................... 11
4. Auswertung .......................................................................................................................... 12
5. Veränderungen bis zum Wettbewerb ................................................................................... 12
6. Zusammenfassung................................................................................................................ 13
7. Danksagung.......................................................................................................................... 13
8. Verwendete Quellen............................................................................................................. 14
Akustische Erfassung des menschlichen Blutstroms
Julia Ingwersen
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1. Einleitung
Die Suche nach einem neuen Jugend Forscht Projekt kann sich jedes Jahr wieder aufs Neue als
kompliziert erweisen.
Bei der Suche nach dem richtigen Projekt kann es durch zu viele Ideen schon mal dazu
kommen, dass man „den Wald vor lauter Bäumen nicht mehr sieht“.
Wichtig war mir vor allem, dass das Projekt meinen Interessen entgegenkommt. Es sollte ein
Projekt sein, das sich mit der menschlichen Anatomie beschäftigt, da dies ein Themenbereich
ist, für welches ich ein großes Engagement aufbringen kann. Ein grundlegendes Problem, das
sich als Folge eines auf den menschlichen Körper gerichteten Projektes ergibt, besteht darin,
dass kaum Versuche durchgeführt werden dürfen und damit die Möglichkeiten stark eingeschränkt sind.
Nach ausgiebiger Diskussion mit meinem Projektbetreuer kam ich letzten Endes zu einem
Projekt, das dieses Hindernis umgeht und sich trotzdem intensiv mit der Anatomie des
Menschen befasst. Bei diesem Projekt möchte ich mich mit der akustischen Erfassung unseres
Blutstromes befassen.
2. Vorüberlegungen
2.1 Blutstrom
Unter dem Begriff „Blutstrom“ versteht man die Strömung des Blutes durch Gefäßsysteme.
Diese Gefäßsysteme sind zum Beispiel Arterien, Venen oder auch Kapillare.
Den Antrieb für die Strömung liefert das Herz, welches dafür sorgt, dass das Blut in einem
ständigen Blutkreislauf fließt. Hierbei unterscheidet man zwischen dem großen Kreislauf, dem
Kreislauf des Körpers, und dem kleinen Lungenkreislauf, die Abläufe sind in beiden jedoch
ungefähr gleich.
Nachdem das mit Sauerstoff angereicherte Blut aus dem Herzen hinausbefördert wurde und die
Aortaklappen sich schließen, kommt der Blutstrom hinter den Klappen, welche den Rückfluss
in das Herz hinein verhindern, für einen kurzen Moment zum Erliegen, bis es schließlich durch
die Kraft der elastischen Aortawand erneut in Bewegung gesetzt wird.
Dabei nimmt die Geschwindigkeit der Strömung am Anfang stark zu und sinkt dann wieder bis
auf einen konstanten Wert ab.
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In großen Arterien ist zu beobachten, das die Strömung parallel zum Blutdruck ansteigt (bis auf
100 cm/s) und bei erneutem Druckverlust in den Adern auf Werte nahe Null zurückfällt (vergl.
Abb. 1).
Dabei kann es vorkommen, dass durch den Druckabfall die Blutstromgeschwindigkeit
zeitweise auch Werte unter Null annimmt, was bedeutet, dass für sehr kurze Zeit ein In
Richtung des Herzens gerichteter Fluss entstehen kann.
Allgemein gilt jedoch die Aussage, dass das Blut in den Gefäßen in einer laminaren Strömung
fließt. Unter einer laminaren Strömung versteht man die Bewegung des Blutes ohne Turbulenzen, also ohne Verwirbelungen oder Querströmungen.
Direkt an den Gefäßwänden ist die Strömung sehr langsam.
Dies
liegt
daran,
dass
die
weniger
fließfähigen
Blutbestandteile, nämlich die Leukozyten und Thrombozyten, eher an den Wänden entlang strömen. Dahingegen
befinden sich dich sehr fließfähigen Erythrozyten in der
Mitte des Gefäßes.
Außen und innen liegende Blutbestandteile schieben sich
ineinander geschichtet vorbei, wobei die höchste Strömungsgeschwindigkeit stets dem zentralen Teil des Gefäßes zugeordnet werden muss.
Abb. 1: Blutdruck und Strömungsgeschwindigkeit in der Arterie eines
Menschen
2.2 Großer Kreislauf
Der Körper benötigt und verbraucht ständig sauerstoffreiches Blut. Um diesem Bedürfnis
nachzukommen hat der Körper einen speziellen Kreislauf entwickelt, der die ständige und
ausreichende Versorgung aller Körperregionen sicherstellt. Das sauerstoffarme Blut, auch
venöses Blut genannt, gelangt von den verschiedenen Regionen des Körpers über große
Venenstämme zum rechten Vorhof. Von dort aus wandert das venöse Blut durch die A.
pulmonalis in die Lunge. Dieser Vorgang wird auch als kleiner Lungenkreislauf bezeichnet. In
der Lunge wird nun anschließend das Blut mit dem benötigten Sauerstoff angereichert.
Aufgrund dieser Anreicherung wird das Blut auch als arteralisiertes Blut bezeichnet, da nur
sauerstoffreiches Blut über Arterien zurück in den Körper fließt.
Nach der Anreicherung gelangt das arterialisierte Blut über die Vv. Pulmonales in den linken
Vorhof des Herzen. Die Aorta sorgt anschließend dafür, dass das Blut in den großen Kreislauf,
dem Körperkreislauf geleitet wird. Kleine sowie große Arterien sorgen nun für die
lebenswichtige Verteilung des sauerstoffreichen Blutes in den verschiedenen Körperregionen.
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Die Arterien verzweigen sich in immer dünnere Gefäße und gehen schließlich in die Kapillaren
über, welche für den Gas- und Stoffaustausch verantwortlich sind. Sie werden auch als Ort des
Stoffaustausches bezeichnet. Durch Prozesse in den Körperzellen wird Sauerstoff verbraucht
und das nun sauerstoffarme Blut über Venen wieder zurück zum Herzen geleitetet, um dort
eine erneute Anreicherung mit Sauerstoff sicher zu stellen.
Ein wichtiges System in dem großen Kreislauf ist das Pfortadersystem (s. Abb. 2, unteres
Drittel). Hierbei strömt venöses Blut aus dem Magendarmtrakt der Milz in die Pfortader der
Leber. Nahrungsbestandteile, die durch die Dünndarmschleimhaut aufgenommen wurden,
befinden sich nun zusammen mit
dem sauerstoffarmen Blut in der
Pfortader der Leber. Hier werden
unter anderem Stoffe wie Glykogen,
eine Form des Kohlenhydrats, gespeichert.
Im Anschluss an die Pfortader strömt
das Blut nun weiter durch die Lebervene (Vv hepaticae) und anschließend durch die untere Hohlvene (V.
cava inferior). Die im Blut enthaltenen Nahrungsbestandteile gelangen
nun mit in den kleinen Lungenkreislauf, wo das Blut erneut angereichert wird. Schließlich wird es
durch den großen Kreislauf zu den
Kapillaren gepumpt. Dort werden die
Sauerstoff tragenden Bestandteile für
Abb. 2: Blutkreislauf eines Menschen
Stoffwechselprozesse der Zellen benötigt.
2.3 Aufbau einer Vene
Die grundlegende Aufgabe einer Vene ist der Transport des sauerstoffarmen Blutes in
Richtung des Herzens. Dabei dient die Vene lediglich dem Bluttransport und nicht dem
Stoffaustausch, sowie es bei arteriellen Kapillaren der Fall ist.
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Drei Wandschichten stellen den Grundaufbau eines Blutgefäßes dar (s. Abb. 3). Die erste,
innere Schicht ist die Tunica intima. Sie besteht aus einschichtigen platten Zellen, die auf einer
dünnen Bindegewebeschicht liegen.
Darauf folgt die Tunica media, welche die zweite Schicht der Vene darstellt. Sie ist aus
elastischen Fasern und glatter Muskulatur aufgebaut.
Als Abschlussschicht des Gefäßes dient die Tunica adventitia, welche zum größten Teil aus
Bindegewebe besteht. In diesem Bindegewebe sind kleine Blutgefäße eingebettet, die auch als
Vasa vasorum bezeichnet werden. Ihre Aufgabe liegt in der Versorgung der Tunica adventitia.
Vergleicht man nun den Aufbau einer Vene mit dem einer Arterie, stellt man fest, dass beide
Gefäße im Großen und Ganzen den gleichen Aufbau aufweisen, jedoch mit dem Unterschied,
dass die Arterie zusätzlich zu den drei Schichten zwei weitere elastische Schichten besitzt.
Darüber hinaus sind aber auch alle Lagen in den Arterien
stärker ausgeprägt und somit stabiler.
Durch den dünnwandigeren Aufbau einer Vene ergibt sich rein
theoretisch eine verbesserte Möglichkeit, den Blutstrom zu
messen, denn die inneren Schichten der Vene (tunica intima,
Tunica media) werden von dem Blutstrom versorgt. Da wie
bereits oben erwähnt die Gefäßbestandteile einen weniger
ausgeprägten Aufbau aufzeigen, sollte es möglich sein den
Blutstrom in den inneren Schichten der Vene akustisch zu
erfassen.
Abb. 3: Aufbau eines Blutgefäßes
2.4 Gefäßwiderstand
Für viele Vorgänge in der Natur lassen sich Gesetzesmäßigkeiten anwenden. Dies ist ebenfalls
für die Strömung des Blutes in den Gefäßsystemen möglich.
Vergleichbar mit dem Ohmschen Gesetz der Elektrizitätslehre gilt auch für die Stromstärke des
Blutstromes eine bestimmte Gesetzmäßigkeit:
V P
=
t W
Darin gibt der Quotient von V und t die Stromstärke an, also welches Blutvolumen pro
Zeiteinheit durch ein Gefäß transportiert wird, P steht für die Druckdifferenz, die den
Blutstrom bewirkt, und W steht für den Strömungswiderstand des Gefäßsystems. Aus der
Gleichung lässt sich ablesen, dass mit steigender Druckdifferenz die Stromstärke zunimmt und
mit steigendem Strömungswiderstand der gegenteilige Effekt eintritt.
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Der Strömungswiderstand entsteht durch die innere Reibung des sich in den Gefäßen
bewegenden Blutes. In größeren Gefäßen ist der Strömungswiderstand geringer als in kleinen,
da das Blut ohne weitere Probleme hindurch fließen kann. In kleinen Arterien und vor allem
auch in den Kapillaren kommt es aufgrund des geringen Durchmessers der Gefäße zu einem
deutlich höheren Widerstand gegenüber dem Blutstrom, diese Art des Widerstandes wird auch
als peripherer Widerstand bezeichnet.
Folglich ergibt sich die Konsequenz, dass je höher der Widerstand ist, desto höher ebenfalls
der Druck sein muss, um den Blutstrom konstant zu halten.
Die dafür benötigte Druckdifferenz wird durch ein Druckgefälle zwischen Arterie und Vene
erzeugt. Die Erzeugung dieser Differenz sorgt für die Kontinuität des Blutstromes. Dabei gilt
für den Druck
P = P1 - P2
wobei P1 > P2 sein muss.
Diese Druckdifferenz wird zwischen zwei Gefäßsystemen gemessen, wie zum Beispiel der
Handarterie und der Handvene.
Wird nun wie oben beschrieben der Widerstand größer, muss auch der Druck P größer werden.
Es gilt:
V
( P + ∆P)
=
t ( W + ∆W )
Da ein ständig erhöhter Druck allerdings auf Dauer eine große Belastung für die
Blutgefäßwände darstellt, versucht der Körper, den Blutstrom, der durch den erhöhten
Widerstand behindert wird, durch eine erhöhte Pumpleistung des Herzens oder durch eine
Verringerung des peripheren Widerstandes konstant zu halten. Eine solche Verringerung kann
zum Beispiel durch eine Gefäßerweiterung erreicht werden.
Die Veränderung dieser Teilwiderstände, welche den Gesamtwiderstand des Körpers ergeben,
ist eine wichtige Methode, um die ausreichende Verteilung des Blutes im Körper zu
gewährleisten.
So kann es zum Beispiel passieren, dass ein arbeitendes Organ oder ein kontrahierter Muskel
mehr Blut benötigen. Eine Möglichkeit, dieses kurzfristig entstandene Bedürfnis zu decken, ist
die Erweiterung der Blutgefäße, welche den arbeitenden Empfänger versorgen. Durch diese
Erweiterung kann eine Verminderung des Widerstandes erreicht werden. Damit kann mehr
Blut durch das Gefäß in gleicher Zeit strömen und der erhöhte Blutbedarf wird gedeckt. Dieser
Prozess passiert auf Kosten der anderen Organe oder Muskeln, da ihnen zu dieser Zeit weniger
Blut zur Verfügung steht als zuvor.
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Bei diesem Prozess findet keine Steigerung des Herzzeitvolumens (Pumpleistung des Herzens)
statt, sondern lediglich die Erweiterung der Gefäße.
Es kann allerdings auch passieren, dass der Körper auf eine Widerstandserniedrigung mit einer
Erhöhung des Herzzeitvolumens reagiert.
2.5 Autoregulation
Bei den meisten Organen ist die Blutströmung trotz wechselnden Blutdruckes weitgehend
konstant.
Ausschlaggebend für diese Kontinuität ist die Autoregulation. Als Mechanismen der
Autoregulation sind folgenden Methoden bekannt:
Myogene :
Ein von der Gefäßmuskulatur ausgehender Effekt, welcher für die Verengung der Gefäße bei
einer Gefäßwanddehnung aufgrund eines zu hohen Blutdruckanstiegs verantwortlich ist.
Die Verkleinerung der Gefäßmuskulatur setzt ungefähr 5 bis 100 Sekunden nach der Dehnung
ein. Dies geschieht durch die Kontraktion der Gefäßmuskulatur.
Metabolischer Effekt:
Der metabolische Effekt bezeichnet den Vorgang, bei dem aufgrund einer stärkeren
Durchblutung durch erhöhten Blutdruck gefäßerweiternde Stoffe aus dem Gewebe und aus den
Gefäßwänden abgeführt werden. Durch den Abtransport der Stoffe tritt eine Verengung der
Gefäße ein. So wird erreicht, dass die Blutströmung einen konstanten Wert halten kann.
Allgemein wird der Abbau des Gefäßwiderstandes durch Gefäßerweiterung auch als
Vasodilation bezeichnet.
Dieser eben beschriebene Effekt kann auch gegenteilig auftreten:
Ist die Durchblutung zu stark vermindert worden, wird die lokale Speicherung von
gefäßdehnenden Stoffen angehoben. Beispiele für solche erweiternden Stoffe sind Acetylcholin
oder aber auch bestimmte Polypeptide.
2.6 Nervöse Kontrolle der Gefäße
Der Widerstand, der von den Gefäßen bewirkt wird, kann ebenfalls nervös beeinflusst werden.
An den Gefäßen befinden sich α- und β-Rezeptoren, die durch das Zusammenspiel mit den
Hormonen Adrenalin und Noradrenalin, welche bei einer sympathischen Erregung durch das
Nebenmark freigesetzt werden, für eine Vasodilation (Gefäßerweiterung) oder eine
Vasokonstriktion (Gefäßverengung) sorgen.
Die Hormone Adrenalin und Noradrenalin sind Überträgersubstanzen des sympathischen
Nervensystems. Dessen Nerven erstrecken sich wie ein Netz um die Gefäßwände. Der
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Ursprung der sympathischen Nerven liegt im Rückenmark, welches wiederum vom Gehirn
beeinflusst wird.
Weiterhin kann eine Verengung oder Erweiterung der Gefäße durch das Vasomotorenzentrum
verursacht werden. Dabei wirkt dich das Vasomotorenzentrum über die vegetativen Nerven auf
die Gefäße aus. Bei einer Aktivitätssteigerung des Zentrums verengen sich die Gefäße und der
Widerstand erhöht sich. Andersherum gilt, dass sich bei einer Aktivitätsabnahme des
Vasomotorenzentrums die Widerstandsgefäße erweitert werden.
3. Beobachtungen
3.1 Akustische Erfassung von Körpergeräuschen
Die akustische Erfassung von Körpergeräuschen mag für so manchen auf den ersten Blick ein
simples Verfahren darstellen, doch bei näherer Auseinandersetzung mit der Thematik fällt
schnell auf, dass sich das Aufnehmen von Körpergeräuschen als ein schwierigeres Unterfangen
erweist, als zuvor angenommen.
Das Problem, welches sich bei jeglicher Art solcher Aufnahmen ergibt, ist die geringe Lautstärke der entstehenden Geräusche. Häufig sind sie mit dem unbewaffneten menschlichen Gehör nicht erfassbar, sodass eine Verstärkung der aufzunehmenden Geräusche notwendig wird.
Das wohl bekannteste Prinzip der Verstärkung, welches in der Medizin verwendet wird, um
akustische Signale wahrzunehmen, ist das Stethoskop. Mit Hilfe dieser Apparatur kann der
Herzschlag eines jeden Lebewesens ohne weiteres festgestellt werden. Es ist eine
Weiterentwicklung des früher dazu benutzten Hörrohres. Ein Stethoskop besteht aus einem
großflächigen flachen Trichter, der den Schall aufnimmt, einem sich gabelnden Schlauch und
zwei Ohroliven. Dabei wird der geringe Druckunterschied auf einer großen Fläche in einen
hohen Druckunterschied einer kleinen Fläche in der Austrittsöffnung der Ohrolive
umgewandelt, was einer Erhöhung der Lautstärke entspricht.
Allerdings funktioniert diese Erfassung des Herzschlags auch nur, wenn beide Enden des
Stethoskops in die Ohrmuschel hineingeführt werden, da sonst die gewünschte Druckerhöhung
geringer ausfällt. Mit diesem einfachen System wird die Wahrnehmung des von den
Herzgeräuschen ausgehenden Schalls sicher gestellt.
In der Medizin gibt es aber auch indirekt arbeitende Systeme, die z.B. mit Ultraschall und der
Ausnutzung des Dopplereffektes Geräusche insbesondere am Herzen hörbar machen können.
Für dieses Projekt bietet sich allerdings die Verstärkung von Körpergeräusche eher an, da es im
Rahmen der Möglichkeiten leichter umsetzbar ist.
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3.2 Akustische Erfassung des Blutstroms
Die Anfangsidee dieses Projektes bestand darin, den Blutstrom des Körpers akustisch
aufzuzeichnen. Das Besondere sollte daran sein, dass
nicht einfach nur wie gewöhnlich
Herztöne erfasst werden, sondern auch der Blutstrom an anderen Stellen des Körpers.
Eine weitere Besonderheit, die durch diese Aufnahmen entstehen sollte war, dass nicht nur eine
einzelne Person, wie z. B ein Arzt beim Herzabhören, die Geräusche wahrnehmen kann,
sondern eine beliebige Anzahl von Personen, außerdem sollten die aufgenommenen Geräusche
gespeichert werden können.
Die erste Schwierigkeit, die sich bei dem Versuch ergibt den Blutstrom des menschlichen
Körpers zu erfassen, ist die Wahl des
richtigen Messortes. Dazu mussten im Vorfeld
Überlegungen angestellt werden, an welchen Stellen sich der Blutstrom am besten akustisch
nachweisen lässt.
Eine Idee für solche Körperstellen sind unter anderem die Venen, da sie einen dünnwandigen
Aufbau aufweisen und auch deren innere Schichten vom Blutstrom versorgt werden.
Außerdem gibt es am Körper viele Venen, die leichter zu erfassen sind, da sie nicht tief im den
Körperinneren verlaufen, sondern an der Oberfläche.
Wegen der höheren Lautstärke bietet es sich an, für erste Untersuchungen Messungen des
Blutstromes zunächst an herznahen Stellen durchzuführen. Wie schon in der Vorüberlegung
erläutert, kommt das Blut nach Austritt aus dem Herzen hinter den Aortaklappen für kurze Zeit
zum Stehen und wird dann mit einer hohen Strömungsgeschwindigkeit weitergeleitet. Durch
diese hohe Geschwindigkeit sollte es möglich sein, den Blutstrom dort relativ gut zu messen.
Die Grundbestandteile, die ich zum Messen der Strömung verwende, sind ein ganz normales
Mikrofon und ein Programm zur Akustikaufnahme über die Soundkarte eines Computers.
Der erste Versuch, an einem beliebigen Ort mit dem Mikrofon ein Geräusch zu erfassen,
funktionierte allerdings nicht. Das Resultat dieser Aufnahme waren lediglich Geräusche aus
der Umgebung. Nach diesem Ergebnis sollten möglichst viele Störfaktoren, die bei der
Aufnahme entstanden sind, vermieden werden.
Um die Umgebungsgeräusche abzuschirmen und einen direkten Kontakt zur Hautoberfläche
ohne störende - weil den Schall isolierende - Luftschichten sicher zu stellen, verwendete ich
ein Ultraschallgel. Dieses Gel wirkt wie ein direktes Verbindungsstück zwischen Haut und
Mikrofon, sodass unnötige Störfaktoren ausgeschlossen werden können. Damit das
hochempfindliche Mikrofon dabei nicht beschädigt wurde, spannte ich vor der Aufnahme eine
dünnschichtige Frischhaltefolie um den Kopf des Mikrofons. Doch trotz dieser Maßnahmen ist
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kein verwendbares Geräusch bei einer Aufnahme zu erkennen. Kleinere Ausschläge in den
Graphiken ergaben sich nur durch Verwackeln des Mikrofon.
Da auf diese Weise keinerlei Signale hörbar sind, ergab sich die Schlussfolgerung, dass das
Mikrofon ohne weitere Maßnahmen zu unempfindlich ist, um den Blutstrom akustisch
unmittelbar zu erfassen. Es muss also ein zusätzlicher Verstärker verwendet werden, der die
entstehenden Signale des Körpers so verstärkt, dass sie hörbar werden. Um diese Prinzip erst
einmal nachzuvollziehen, besorgte ich ein Stethoskop, welches wie oben beschrieben die
Funktion eines akustischen Verstärkers besitzt.
3.4 Akustische Erfassung der Herztöne
Mit einem Stethoskop als Verstärker für die Töne des
Herzens war es problemlos möglich, die Herztöne mit den
eigenen Ohren für sich selber zu erfassen bzw. zu hören.
Es zeigte sich aber, dass sich die Herztöne auch in
Verbindung mit dem Stethoskop als Verstärker nicht ohne
weiteres mit dem Mikrofon aufnehmen lassen. Dies liegt
daran, dass ohne eine geeignete Ankoppelung des
Mikrofons
an
Schallübertragung
die
der
Ohrolive
keine
Herztöne
an
das
brauchbare
Mikrofon
Abb. 4: Ansicht eines Stethoskops
stattfindet.
Um die Funktionsfähigkeit meine Grundidee für dieses Projekt nachzuweisen, musste das
Mikrofon mit einem der beiden Enden des Stethoskops schalldicht verbunden werden.
Dazu schnitt ich eine Kreisrundeöffnung in einen schaumstoffartigen Kegel und fügte das
Mikrofon und ein Ende des Stethoskops hinein. Das andere Ende des Stethoskops führte ich in
mein Ohr, um die richtige Stelle für die Aufnahmen des Herztones zu erfassen und das
aufzunehmende Signal zu kontrollieren.
Das Resultat dieser Aufnahmen ist folgende Graphik:
Abb. 5: Aufnahme der Herztongeräusche bei erhöhtem Puls (etwa 105 pro Sekunde)
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Zwar sind in der Graphik nur kleinere Ausschläge zu erkennen, doch man sieht, dass sich
Aufnahmen von Körpergeräuschen durch das Grundprinzip bzw. die Grundidee dieses
Projektes tatsächlich realisieren lassen.
In der Aufzeichnung (s. Abb. 5) ist zu sehen, dass sich die Herztöne in einem Abstand von
circa 0,55 Sekunden wiederholen. Dies ist für den regulären Herzschlag zwar etwas schnell,
jedoch wurde diese Aufnahme wegen der damit verbundenen Aufregung bei einem erhöhten
Puls aufgenommen, wodurch sich die schnellere periodische Wiederholung deuten lässt.
Kritisch lässt sich bei der Messung anmerken, dass die entstehenden Ausschläge äußert gering
sind. Weiterhin können Geräusche aus der Umgebung Störfaktoren in den Messungen ergeben,
wodurch die Auswertung der Herztöne erschwert wird. Ebenfalls kann es passieren, dass
durch Abrutschen oder Verwackeln des Mikrofons größere Ausschläge in den Graphiken
erscheinen.
4. Auswertung
Um Körpergeräusche aufnehmen zu können, ist es notwenig, einen Verstärker zu benutzen.
Die Geräusche unseres Körpers sind von Natur aus viel zu leise, als dass sie ohne weitere
Maßnahmen mit einem handelsüblichen Mikrofon erfasst werden könnten.
In meinem Projekt war es bis jetzt noch nicht möglich, wie gewünscht den Blutstrom akustisch
zu erfassen, sondern lediglich die Herztöne. Aber auch diese Geräusche können nur mithilfe
eines Verstärkers, in diesem Falle mit einem Stethoskop, aufgenommen werden. Bei dem
akustischen Nachweis des Herztones, welchen mehrere Personen gleichzeitig hören können,
muss auf jeden Fall das Mikrofon, das mit einem Enden des Stethoskops in Kontakt steht,
schalldicht isoliert werden, da sonst die Übertragung der gewünschten Geräusche wegen der
mit aufgenommenen Umgebungsgeräusche nicht möglich ist. Als Resultat erhält man aber
immerhin schon eine Graphik, bei der sich die periodischen Wiederholungen des Herztones
erkennen lassen. Dieses Prinzip muss in Zukunft nun auch auf die Messung des Blutstromes
übertragen werden.
5. Veränderungen bis zum Wettbewerb
Die Zeit bis zum Wettbewerb möchte ich nutzen, um eine Möglichkeit zu finden, die
Empfindlichkeit so weit zu steigern, dass sich nicht nur die Herztöne, sondern auch der
Blutstrom akustisch erfassen lassen. Um dies zu erreichen habe ich vor, zusätzlich einen
elektronischen Verstärker für die Mikrofonsignale zu verwenden, der das Signal so weit
verstärkt, dass es über den Mikrofoneingang des Aufnahmegerätes erfasst werden kann.
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Darüber hinaus ist es wichtig, den Einfluss von Störfaktoren wie Umgebungsgeräuschen oder
Störungen durch Eigenbewegungen des Mirofons zu minimieren.
Sollte mir dies bis zum Wettbewerb gelingen, könnten ebenfalls weitere Experimente auf dem
Gebiet in Richtung Gesundheit gemacht werden, da mit der akustischen Erfassung des
Blutstroms auch Krankheiten durch Blutverwirbelungen oder sonstiges nachgewiesen werden
können. Außerdem lässt sich diese Methode dann auch auf andere akustische Ereignisse, z.B.
die Atemgeräusche der Bronchien und der Lunge anwenden.
6. Zusammenfassung
Ich habe mich dieses Jahr mit der akustischen Erfassung des menschlichen Blutstromes
beschäftig.
Um dieses Ziel zu erreichen habe ich mit einfachen Mitteln wie einem Mikrofon und einem
Aufnahmegerät versucht, die gewünschten Geräusche aufzunehmen.
Bis jetzt war dabei die Aufnahme des Blutstromes noch nicht erfolgreich, da es gilt, bestimmte
Hindernisse wie die sehr geringe Lautstärke des Blutstroms zu überwinden. Das Grundprinzip
meiner Idee konnte ich jedoch bestätigen, da es mir möglich war, mit einem Mikrofon und
einem einfachen akustischen Verstärker die Herztöne nachzuweisen. Zwar sind diese
Aufnahmen durchaus noch ausbaufähig, aber es ist bereits gelungen, den Weg für weitere
Messungen aufzuzeigen.
Darüber hinaus ist es mir mit dieser Methode der akustischen Herztonerfassung möglich, die
entstehenden Geräusche für eine größere Anzahl von Personen hörbar zu machen und nicht nur
für eine einzelne Person, wie es bei der Verwendung eines einfachen Stethoskops der Fall ist.
7. Danksagung
Auch in diesem Jahr haben mich bei meinem Projekt wieder viele nette und hilfsbereite
Menschen unterstützt, den ich an dieser Stelle ein besonderen Dank zukommen lassen möchte.
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Herr Biedermann, mein AG-Leiter, der mich nun schon seit Jahren aushält und mir
immer wieder mir Rat und Tat zur Seite stand
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Frau Biedermann, die uns jeden Montag aufs Neue eine angenehmen AG-Start bereitet
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Frau Dr. Gebers, die mir durch das Ausleihen des Stethoskops und des Ultraschallgels
sehr weitergeholfen hat
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Meiner Jufo-Gruppe, die immer ein nettes Wort zum Plaudern übrig hat
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Kim als meiner Motivationshilfe und meiner sehr guten Freundin
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8. Verwendete Quellen
1. Thieme: A. Faller/M.Schünke. Der Körper des Menschen, 15 Auflage
2. Quelle und Meyer: Mörike/Betz/Mergenthaler, Biologie des Menschen
3. www.wikipedia.org/wiki/Laminare_Strömung
4. www.textlog.de/12050.html
5. http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/74/Grafik_blutkreislauf.jpg
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